特許 7612906 加工工具の補正算出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-27

(45)【発行日】2025-01-14

(54)【発明の名称】加工工具の補正算出方法

(51)【国際特許分類】

   B23B 25/06 20060101AFI20250106BHJP

   B23Q 17/22 20060101ALI20250106BHJP

【ＦＩ】

B23B25/06

B23Q17/22 Z

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2024021621

(22)【出願日】2024-02-16

(62)【分割の表示】P 2020109354の分割

【原出願日】2020-06-25

(65)【公開番号】P2024050924

(43)【公開日】2024-04-10

【審査請求日】2024-02-16

(73)【特許権者】

【識別番号】591014835

【氏名又は名称】高松機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092727

【弁理士】

【氏名又は名称】岸本 忠昭

(74)【代理人】

【識別番号】100146891

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 ひろ美

(72)【発明者】

【氏名】沢山 一也

(72)【発明者】

【氏名】中村 武尊

【審査官】小川 真

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０５４９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０６－００３５５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０９－１０８９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１２６０４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０５－０５０３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５１９１３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｂ ２５／０６

Ｂ２３Ｑ １７／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プローブ測定装置の装置本体部を工作機械のチャック手段にチャック保持し、前記チャック手段の全周を周方向に等角度間隔でもって回動させた３つ以上の角度位置にて前記工作機械の加工工具を前記プローブ測定装置のプローブ部に接触させて計測を行い、前記３つ以上の角度位置における前記プローブ測定装置の測定値の平均値を算出し、算出した前記平均値に基づいて前記加工工具の補正値を演算することを特徴とする加工工具の補正算出方法。

【請求項2】

前記チャック手段の全周を周方向に９０度間隔でもって回動させた４つの角度位置にて前記工作機械の前記加工工具を前記プローブ測定装置の前記プローブ部に接触させて計測を行うことを特徴とする請求項１記載の加工工具の補正算出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作装置に取り付けた加工工具の工具刃先の位置を補正するための加工工具の補正算出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

加工工具の工具刃先の位置を補正するためのツールプリセッタとして種々のものが提案され、その代表的なものとして株式会社メトロールから販売されているＣＮＣ旋盤用ツールプリセッタが知られている（非特許文献１参照）。このＣＮＣ旋盤用ツールプリセッタ（例えば、Ｈシリーズ）は、立方体形状のセッタ本体を備え、このセッタ本体の４側面に測定部が設けられ、各測定部に測定接触部が設けられている。このツールプリセッタを使用する場合、工作機械（例えば、ＣＮＣ旋盤）の旋盤本体に支持アームが取り付けられ、この支持アームの先端部にツールプリセッタが取り付けられる。

【0003】

工作機械に取り付けられた加工工具の工具刃先のＺ軸方向（主軸の軸線方向）の位置を補正するときには、この加工工具をＺ軸方向に移動させてその工具刃先をツールプリセッタの第１所定測定部（Ｚ軸方向の測定部）の測定接触部に接触させ、工作機械のＺ軸方向の送り量とツールプリセッタの測定値との差を演算し、この演算値が工作機械に取り付けた加工工具のＺ軸方向の補正値となる。また、この加工工具の工具刃先のＸ軸方向（又はＹ軸方向）、即ち主軸の軸線に対して垂直な前後方向（又は主軸の軸線に対して垂直な上下方向）の位置を補正するときには、この加工工具をＸ軸方向（又はＹ軸方向）に移動させてその工具刃先をツールプリセッタの第２所定測定部、即ちＸ軸方向（又はＹ軸方向）の測定部の測定接触部に接触させ、工作機械のＸ軸方向（又はＹ軸方向）の送り量とツールプリセッタの測定値との差を演算し、この演算値が工作機械に取り付けた加工工具のＸ軸方向（又はＹ軸方向）の補正値となる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】株式会社メトロールのウェブページの製品ラインナップのＣＮＣ旋盤用ツールプリセッタ（https://www.metrol.co.jp/products/tool-setter_h/）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述したツールプリセッタでは、工作機械に取り付けた支持アームにセッタ本体を取り付ける構成であるために、工作機械の種類、機種などによっては、加工工具の移動経路内に支持アーム及び／又はツールプリセッタの一部が位置して干渉し、このような加工工具と加工物との位置関係では測定することができないという問題がある。また、このように支持アームに取り付ける構成では、機械的経時変化が発生するとともに、ツールプリセッタを取り付ける支持アームが経時的に変位するという問題がある。また、着脱式のツールプリセッタでは、その取付けにバラツキが発生し、正確に加工工具をセットすることができないという問題がある。

【0006】

本発明の目的は、工作機械の機械的経時変化の影響を少なく抑えて工具刃先の位置を補正することができる加工工具の補正算出方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の加工工具の補正算出方法は、プローブ測定装置の装置本体部を工作機械のチャック手段にチャック保持し、前記チャック手段の全周を周方向に等角度間隔でもって回動させた３つ以上の角度位置にて前記工作機械の加工工具を前記プローブ測定装置のプローブ部に接触させて計測を行い、前記３つ以上の角度位置における前記プローブ測定装置の測定値の平均値を算出し、算出した前記平均値に基づいて前記加工工具の補正値を演算することを特徴とする。

【0008】

このような加工工具の補正算出方法では、チャック手段の全周を周方向に９０度間隔でもって回動させた４つの角度位置にて工作機械の加工工具をプローブ測定装置のプローブ部に接触させて計測するのが好ましい。

【発明の効果】

【0009】

本発明の加工工具の補正算出方法によれば、プローブ測定装置の装置本体部を工作機械のチャック手段にチャック保持して用い、チャック手段の全周を周方向に等角度間隔でもって回動させた３つ以上の角度位置にて工作機械の加工工具をプローブ測定装置のプローブ部に接触させて計測を行い、３つ以上の角度位置におけるプローブ測定装置の測定値の平均値を算出し、かかる平均値に基づいて加工工具の補正値を演算しているので、その補正値は主軸及びチャック手段を含む工作機械の機械的経時変位量を含むものとなり、しかもプローブ測定装置の取付けの際のバラツキもなくなり、これにより、高精度に加工工具の工具刃先の位置を補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に従う加工工具の補正算出方法を実施するためのツールプリセッタの一実施形態を示す斜視図。

【図2】図１のツールプリセッタを工作機械のチャック手段に保持した状態を断面で示す断面図。

【図3】図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線による端面図。

【図4】図１のツールプリセッタを用いて加工工具のＸ軸方向（外径加工）の補正を行うときの状態を示す簡略断面図。

【図5】加工工具がＸ軸方向（外径加工）に移動してツールプリセッタの接触部材に接触して揺動した状態を示す断面図。

【図6】図１のツールプリセッタを用いて加工工具のＺ軸方向の補正を行うときの状態を示す簡略断面図。

【図7】加工工具がＺ軸方向に移動してツールプリセッタの接触部材に接触して揺動した状態を示す断面図。

【図8】図１のツールプリセッタを用いて加工工具のＸ軸方向（内径加工）の補正を行うときの状態を示す簡略断面図。

【図9】加工工具がＸ軸方向（内径加工）に移動してツールプリセッタの接触部材に接触して揺動した状態を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して、本発明に従う加工工具の補正算出方法を実施するためのツールプリセッタの一実施形態について説明する。図１及び図２において、図示のツールプリセッタ２は、プローブ測定装置４と、このプローブ測定装置４に取り付けられた支持部材６と、この支持部材６に揺動自在に支持された接触部材８とを備えている。プローブ測定装置４は、外形が円筒形状の装置本体部１０と、この装置本体部１０から延びるプローブ部１２とを備え、このプローブ部１２は、後の記載から理解される如く、任意の方向に揺動自在に装着されている。

【0012】

この装置本体部１０内には、図示していないが、接触信号を生成する接触信号生成回路、生成された接触信号を送信する送信回路などが内蔵されている。このプローブ部１２の一端部（先端部）には先端接触部１４が設けられ、この先端接触部１４に接触してプローブ部１２が揺動すると、接触信号が生成され、生成された接触信号が送信される。

【0013】

支持部材６は、中空空間１６を有する支持本体１８を備え、この支持本体１８の軸方向一端側（先端側）に先端壁２０が設けられ、この先端壁２０に支持受部２２が設けられ、この支持受部２２の内周面は球状に形成されている。また、この支持本体１８の他端側８（基端側）に基端壁２４が設けられ、この基端壁２４がプローブ測定装置４の装置本体部１０に取り付けられている。この支持部材６の基端壁２４の中央部には貫通開口２６が設けられ、プローブ測定装置４のプローブ部１２の先端側は、この基端壁２４の貫通開口２６を通して支持部材６の中空空間１６に延びている。

【0014】

また、接触部材８は円筒棒状であり、その軸方向中間部に球状部３２が設けられ、この球状部３２が支持部材６の支持受部２２に任意の方向に揺動自在に支持されている。この接触部材８の一端側（先端側）は支持部材６の先端から外方に突出しており、この突出端部に測定接触部３４が設けられている。この測定接触部３４はリング状に形成され、その先端面に円形状凹部３６が設けられている。

【0015】

更に、この接触部材８の他端側（基部側）はプローブ測定装置４に向けて延び、その基端部３７に基端から軸方向に延びる収容凹部３８が設けられ、この収容凹部３８にプローブ測定装置４のプローブ部１２の先端部（先端接触部１４を含む部位）が挿入されている。尚、この実施形態では、プローブ部１２の先端接触部１４以外の部位が接触部材８の収容凹部３８（具体的には、その内周面）に接触するのを防止するために、収容凹部３８の開口部が拡径されている。

【0016】

この実施形態では、接触部材８は、その中間部の球状部３２の中心を支点としてその一端側（先端側）の重量とその他端側（基端側）の重量とがほぼ均等にバランスするように構成されている。従って、図２から理解される如く、この球状部３２を支点として接触部材８がスムースに且つ安定して揺動し、加工工具４４が（４４ａ～４４ｃ）（例えば、切削加工工具）が接触部材８に接触したことを正確に検知することができる。

【0017】

この実施形態では、支持部材６の内側の中空空間１６に接触部材８の他端側（基部側）が同心状に位置するように、次のように構成されている。図３をも参照して、支持部材の支持本体１８の内周面にリング状の外側永久磁石４０が装着され、この外側永久磁石４０に対して径方向に対向して、接触部材８の基端部３７（他端部）の外周面にリング状の内側永久磁石４２が装着されている。そして、これら永久磁石４０，４２については、図３に示すように、外側永久磁石４０の内周部と内側永久磁石４２の外周部とは、同じ磁極（例えばＮ極）で径方向に対向するように構成されている。

【0018】

具体的に説明すると、外側永久磁石４０は径方向に着磁され、その径方向内周部における周方向に実質上等間隔を置いた４つの部位（即ち、９０度間隔の４つの部位）が、例えば図３に示すようにＮ極に着磁され、また内側永久磁石４２も径方向に着磁され、その径方向外周部における周方向に実質上等間隔を置いた４つの部位（即ち、９０度間隔の４つの部位）が、例えば図３に示すようにＮ極に着磁され、このように構成することによって、外側永久磁石４０の内周部のＮ極と内側永久磁石４２の外周部のＮ極とが径方向に対向する。従って、外側永久磁石４０の内周部及び内側永久磁石４２の外周部の実質上全周にわたって磁気的反発作用が生じ、この磁気的反発作用によって、接触部材８に加工工具４４が作用しないときには、図２及び図３に示すように、支持部材６の支持本体１８の径方向内側に接触部材８の他端側（基部側）が同心状に保持される。

【0019】

尚、この実施形態では、周方向の４つの部位を着磁しているが、着磁する部位の数は適宜の数でよく、例えば周方向に実質上等間隔の６つ、又は８つの部位を着磁するようにしてもよい。

【0020】

このツールプリセッタ２は、例えば、工作機械の一例としてのＣＮＣ旋盤のチャック手段４６に取り付けられる。チャック手段４６として例えば４爪チャックを用いた場合、チャック手段４６は周方向に間隔をおいて配設された４つのチャック爪部材４８（図２において、それらの２つのみを示す）を備え、これら４つのチャック爪部材４８間にツールプリセッタ２の装置本体部１０がチャック保持される。また、図示していないが、チャック手段として例えば３爪チャックを用いたものにも用いることができ、この場合、チャック手段は周方向に間隔をおいて配設された３つのチャック爪部材を備え、これら３つのチャック爪部材間にツールプリセッタ２の装置本体部１０がチャック保持される。

【0021】

このツールプリセッタ２による加工工具４４（４４ａ～４４ｃ）の位置補正は、例えば次のようにして行われる。例えば、加工物の外径加工を行う場合などにおいて、工作機械６２のＸ軸方向における加工工具の位置補正を行うときには、図２に示すように、ツールプリセッタ２（具体的には、プローブ測定装置４の装置本体部１０）を工作機械６２（例えば、ＣＮＣ旋盤）のチャック手段４６に取り付ける。そして、加工工具４４ａによる外径加工の際のＸ軸方向の位置補正については、図２、図４及び図５に示すようにして行われる。

【0022】

加工工具４４ａを図２に一点鎖線４４ａで示すように接触部材８の測定接触部３４の径方向（Ｘ軸方向）外側に位置付け、この位置から工具取付テーブル６４をＸ軸方向（図４参照）に移動させて加工工具４４ａの工具刃先５０ａを測定接触部３４の外周面に接触させる。工具刃先５０ａが矢印６６で示す方向に移動して測定接触部３４に接触すると、図５に示すように、この接触部材８は、その測定接触部３４が球状部３２を支点として下方に移動して図５において時計方向に幾分回動し、これによって、その基端部３７が図５において上方に移動する。

【0023】

かくすると、接触部材８の基端部３７の収容凹部３８（この収容凹部３８を規定する内周面）がプローブ測定装置４のプローブ部１２の先端接触部１４に接触し、加工工具４４ａの移動接触が接触部材８を介してプローブ測定装置４のプローブ部１２に伝達され、このプローブ測定装置４のプローブ部１２への接触位置を正確に測定することができ、この接触位置がプローブ測定装置４のＸ軸方向の測定値となる。

【0024】

加工工具４４ａのＸ軸方向の位置補正については、この実施形態では、チャック手段４６を周方向に９０度間隔で回動した４つの角度位置において、上述したと同様にして加工工具４４ａによる接触部材８の測定接触部３４への接触位置をプローブ測定装置４でもって計測する。そして、これら４つの角度位置におけるプローブ測定装置４の測定値を演算して平均値を算出し、算出した平均測定値がプローブ測定装置４による測定値となり、この平均測定値を用いて従来と同様にして加工工具４４ａの補正値（Ｘ軸方向）を演算し、加工物を実際に加工する際には、加工工具４４ａのＸ軸方向の位置をこの補正値でもって補正するようになる。

【0025】

加工工具４４ａのこの補正値（Ｘ軸方向）は、ツールプリセッタ２を工作機械６２のチャック手段４６に保持した状態においてチャック手段４６の周方向の４つの角度位置の測定値の平均値を用いて算出しているので、主軸（図示せず）及びチャック手段４６を含む工作機械６２の機械的経時変位量も考慮したものとなっており、それ故に、このような補正値を用いることにより、外径加工する際に加工工具４４ａの工具刃先５０ａの位置を高精度に補正することができる。

【0026】

また、加工物の端面加工を行う場合などにおいて、工作機械６２のＺ軸方向における加工工具４４の位置補正を行うときには、図２に示すように、ツールプリセッタ２を工作機械６２（例えば、ＣＮＣ旋盤）のチャック手段４６に取り付ける。そして、加工工具４４による例えば端面加工の際のＺ軸方向の位置補正については、図２、図６及び図７に示すようにして行われる。

【0027】

加工工具４４を図２に一点鎖線４４ｂで示すように接触部材８の測定接触部３４のＺ軸方向外側に位置付け、この位置から工具取付テーブル６４をＺ軸方向（図６参照）に移動させて加工工具４４ｂの工具刃先５０ｂを測定接触部３４の先端面に接触させる。工具刃先５０ｂが矢印７２で示す方向に移動して測定接触部３４に接触すると、図７に示すように、この接触部材８は、その測定接触部３４が球状部３２を支点として上方に移動して図７において反時計方向に幾分回動し、これによって、その基端部３７が図７において下方に移動する。

【0028】

かくすると、接触部材８の基端部３７の収容凹部３８がプローブ測定装置４のプローブ部１２の先端接触部１４に接触し、加工工具４４ｂの移動接触が接触部材８を介してプローブ測定装置４のプローブ部１２に伝達され、この接触位置がプローブ測定装置４のＺ軸方向の測定値となる。

【0029】

加工工具４４ｂのＺ軸方向の位置補正については、Ｘ軸方向のときと同様に、チャック手段４６を周方向に９０度間隔で回動した４つの角度位置において、上述した同様にして加工工具４４ｂによる接触部材８の測定接触部３４への接触位置をプローブ測定装置４でもって計測する。そして、これら４つの角度位置におけるプローブ測定装置４の測定値を演算して平均値を算出し、算出した平均測定値がプローブ測定装置４によるＺ軸方向の測定値となり、この平均測定値を用いて従来と同様にして加工工具４４ｂの補正値（Ｚ軸方向）を演算し、加工物を実際に例えば端面加工する際には、加工工具４４ａのＺ軸方向の位置をこの補正値でもって補正するようになる。

【0030】

加工工具４４ｂのこの補正値（Ｚ軸方向）は、ツールプリセッタ２を工作機械６２のチャック手段４６に保持した状態においてチャック手段４６の周方向の４つの角度位置の測定値の平均値を用いて算出しているので、主軸（図示せず）及びチャック手段４６を含む工作機械６２の機械的経時変位量も考慮したものとなり、例えば端面加工する際に、加工工具４４ｂの工具刃先５０ｂの位置を高精度に補正することができる。

【0031】

また、加工物の内径加工を行う場合などにおいて、工作機械６２のＸ軸方向における加工工具４４の位置補正を行うときには、図２に示すように、ツールプリセッタ２を工作機械６２（例えば、ＣＮＣ旋盤）のチャック手段４６に取り付ける。そして、加工工具４４による例えば内径加工の際のＸ軸方向の位置補正については、図２、図８及び図９に示すようにして行われる。

【0032】

加工工具４４（この場合、外径用加工工具ではなく、内径用加工工具を用いるが、理解を容易にするために、同じ参照番号「４４」又は「４４ｃ」を使用している）を図２に一点鎖線４４ｃで示すように接触部材８の測定接触部３４のＺ軸方向内側（リング状の測定接触部３４の内側）に位置付け、この位置から工具取付テーブル６４をＸ軸方向（図８参照）に移動させて加工工具４４ｃの工具刃先５０ｃを測定接触部３４の内周面に接触させる。工具刃先５０ｃが矢印８２で示す方向に移動して測定接触部３４の円形状凹部３６の内周面に接触すると、図９に示すように、この接触部材８は、その測定接触部３４が球状部３２を支点として上方に移動して図９において反時計方向に幾分回動し、これによって、その基端部３７が図９において下方に移動する。

【0033】

かくすると、上述のＺ軸方向の移動のときと同様に、接触部材８の基端部３７の収容凹部３８がプローブ測定装置４のプローブ部１２の先端接触部１４に接触し、加工工具４４ｂの移動接触が接触部材８を介してプローブ測定装置４のプローブ部１２に伝達され、この接触位置がプローブ測定装置４のＸ軸方向の測定値となる。

【0034】

加工工具４４ｂのＸ軸方向（内径加工）の位置補正については、Ｘ軸方向（外径加工）のときと同様に、チャック手段４６を周方向に９０度間隔で回動した４つの角度位置においてプローブ測定装置４でもって計測し、４つの角度位置におけるプローブ測定装置４の測定値の平均値を算出し、算出した平均測定値がプローブ測定装置４によるＸ軸方向（内径加工）の測定値となる。そして、この平均測定値を用いて従来と同様にして加工工具４４ｃの補正値（Ｘ軸方向）を演算し、加工物を実際に内径加工する際には、加工工具４４ｃのＸ軸方向の位置をこの補正値でもって補正するようになる。この補正値は、軸（図示せず）及びチャック手段４６を含む工作機械６２の機械的経時変位量も考慮したものとなり、例えば内径加工する際に加工工具４４ｂの工具刃先５０ｂの位置を高精度に補正することができる。

【0035】

以上、本発明に従う加工工具の補正算出方法について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の修正乃至変更が可能である。

【0036】

例えば、上述した実施形態では、接触部材８の測定接触部３４をリング状に形成しているが、このような形状に限定されず、例えば中実円筒状に形成するようにしてもよく、中実円筒状の接触部材を用いた場合、外径加工の位置補正及び端面加工の位置補正に適用することができる。

【0037】

また、例えば、上述した実施形態では、支持部材６側の永久磁石４０と接触部材８の永久磁石４２との磁気的反発作用を利用して同心状に保持しているが、このような構成に代えて、機械的保持構造（例えば、複数のスプリングを利用した保持構造）により同心状に保持するようにしてもよい。

【0038】

また、例えば、上述した実施形態では、チャック手段４６の周方向の４個所（周方向に間隔をおいた４つの角度位置においてプローブ測定装置４で測定しているが、このような数に限定されず、４個所よりも少ない例えば３個所でもよく、或いは４個所よりも多い例えば６個所又は８個所などでもよい。

【0039】

また、上述した実施形態では、図１～図９に示すツールプリセッタ２を用いて加工工具の補正算出方法について説明したが、この補正算出方法は、このツールプリセッタ２とは異なる形態のものを用いたときも適用することができる。

【0040】

更に、この加工工具の補正算出方法については、ツールプリセッタ２に代えて、このツールプリセッタ２に用いたプローブ測定装置４を用いても適用することができる。この場合、プローブ測定装置４の装置本体部１０を工作機械のチャック手段４６にチャック保持し、このチャック手段４６を周方向に回動させた複数の角度位置にて工作機械の加工工具４４をプローブ測定装置４のプローブ部１２に接触させるようにしても、上述したと同様に、このプローブ測定装置４の複数の測定値を用いて加工工具４４の補正値を演算するこができる。

【符号の説明】

【0041】

２ ツールプリセッタ
４ プローブ測定装置
６ 支持部材
８ 接触部材
１０ 装置本体部
１２ プローブ部
１４ 先端接触部
３２ 球状部
３４ 測定接触部
４０ 外側永久磁石
４２ 内側永久磁石
４４，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ 加工工具
４６ チャック手段
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ 工具刃先
６２ 工作機械

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】